《电源和电流》教案物理科课件

高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI1.电源和电流第十一章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.通过实例对比,思考持续电流形成的原因,了解电源的作用,认识常见的电源。(物理观念)2.通过对比静电平衡条件,思考电路中的电场特点和电荷运动情况,了解导体中的恒定电场和恒定电流。(科学思维)3.通过实例分析,理解电流的定义,知道电流的单位。(物理观念)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、电源想一想有A、B两个导体,分别带正、负电荷。如果在它们之间连接一条导线R,回答下列问题。(1)用导线连接后,电荷怎样移动?(2)用导线连接后会有电流,为什么电流只是瞬时的?提示(1)导线中移动的是自由电子,故导体B上负电荷流向导体A。电流的方向是正电荷移动的方向,与负电荷移动的方向相反,故电流由A流向B。(2)由于电荷的定向移动,两导体很快达到静电平衡,成为一个等势体,所以导线中的电流只是瞬时的。1.形成持续电流的条件:一是要有自由移动的电荷,二是导体两端要有稳定的电势差。2.电源的作用:电源能把负电荷由正极搬运到负极,保持正、负极之间有稳定的电势差。二、恒定电流1.恒定电场:由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,叫作恒定电场。2.恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。3.电流的强弱程度用电流这个物理量表示。单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大。用I表示电流,q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量,有

。单位是安培,符号是A,常用的单位还有毫安(mA)和微安(μA)。4.电流的微观解释:导体的横截面积为S,自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n,自由电子定向移动的平均速率为v,则时间t内通过该横截面的自由电子数为

nSvt,由于电子的电荷量为e,时间t内通过横截面的电荷量为q=neSvt。根据电流的公式,电流和自由电子定向移动平均速率的关系为I=neSv。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)电源能把自由电子从正极搬运到负极。(

)答案√(2)因为电流既有大小又有方向,所以电流是矢量。(

)答案×解析电流虽然有方向,但不是矢量,其运算遵从代数法则。(3)通过导体某横截面的电荷量越多,电流越大。(

)答案×解析由

知I还与t有关,q大I不一定大。(4)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。(

)答案×解析电流的方向与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反。2.(多选)关于电流,下列叙述正确的是(

)A.只要将导体置于电场中,导体内就有持续的电流B.电源的作用是使闭合电路中有持续的电流C.导体内没有电流,说明导体内部的电荷没有移动D.恒定电流是由恒定电场产生的答案BD解析电流有瞬时电流和恒定电流之分,瞬时电流是电荷的瞬时定向移动形成的,而恒定电流是在导体两端加稳定的电压时形成的,电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压,从而在导体内部形成电场而产生持续的电流,选项B、D正确。3.(1)在金属导体中,若10s内通过某一横截面的电荷量为10C,则导体中的电流为多少安?(2)某电解槽横截面积为0.5m2,若10s内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10C,则电解液中的电流为多少安?答案(1)1A

(2)2A因负电荷形成的电流方向与其定向移动方向相反,所以两种电荷形成的电流方向相同。故电解液中的电流I=I1+I2=2A。课堂篇探究学习探究一电源和电流的性质【情境导引】水为什么能从水池A流到水池B?抽水机的作用是什么?要点提示因为水池A的水面比水池B的水位高,两水池有“水势差”;抽水机的作用是把水从低水位搬运到高水位,维持“水势差”形成持续水流。【知识归纳】

电源可类比抽水机1.电源的作用从电荷转移的角度看使电路中的自由电荷持续地定向移动从能量转化的角度看搬运电荷的过程是非静电力做功的过程,从而将其他形式的能转化为电能2.形成电流的三种电荷形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子,举例说明:(1)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子;(2)液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子;(3)气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。3.电流的形成(1)形成原因:电荷的定向移动。(2)形成条件:导体两端有电压。(3)电路中产生持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。【典例示范】例1下列关于电源的说法中正确的是(

)A.电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极,保持两极之间有电压B.电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电能的过程C.电荷的移动形成电流D.只要电路中有电源,电路中就会形成持续的电流答案B解析在电源内部,电源把电子由正极搬运到负极,这一过程要克服静电力做功,把其他形式的能转化为电能,故选项A错误,选项B正确;电荷的定向移动才形成电流,选项C错误;电路中要形成持续的电流,既要有电源,电路又要闭合,两者缺一不可,故选项D错误。规律方法可用类比的方法,电源相当于抽水机,抽水机不断把水从低水位搬运到高水位,维持水势差形成持续水流,电源不断地在内部搬运电荷使正极有足够的正电荷,负极有足够的负电荷,维持正负极间有电压形成持续电流。变式训练1如图所示,两个带绝缘柄的金属球A、B,A带负电,B不带电,用导体棒连接A、B的瞬间,下列说法错误的是(

)A.有瞬时电流形成,方向由A到BB.A、B两端的电势不相等C.导体棒内的电场强度不等于零D.导体棒内的自由电荷受电场力作用定向移动答案A解析A、B两个金属球,由于A带负电,在A金属球周围存在指向A的电场,故B球所在处的电势应高于A球所在处的电势。连接后的瞬间导体棒内的电场强度不等于零,棒中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动,电流方向应由B指向A。A选项的说法错误,本题选错误的,故选A。探究二电流表达式

及电流的方向【情境导引】1.电荷的定向移动形成电流,如何描述电流的强弱?要点提示利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱。2.电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的,也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的,人们是如何规定电流的方向的?要点提示规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。【知识归纳】1.电流的方向

电流为标量(1)规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。(2)金属导体中自由移动的电荷是自由电子,电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。2.电流的大小(1)公式:。用该式计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流,电流的瞬时值与平均值相等。(2)两点说明①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反,但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的,应用

求电流时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。②q=It是

的变形,是求电荷量的重要公式。其中I是电流在时间t内的平均值。【典例示范】例2如图所示,在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,试问:溶液中的电流方向如何?电流多大?答案溶液中的电流方向由A指向B,大小为0.16A。解析NaCl溶液导电是靠自由移动的Na+和Cl-,它们在静电力作用下向相反方向运动。溶液中电流方向与Na+定向移动方向相同,即由A指向B。Na+和Cl-都是一价离子,每个离子的电荷量为e=1.60×10-19C,NaCl溶液导电时,Na+由A向B定向移动,Cl-由B向A运动,负离子的运动可以等效地看作正离子沿相反方向的运动,所以每秒通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和,则有变式训练2在一次闪电的过程中,流动的电荷量大约为300C,持续的时间大约是0.005s,所形成的平均电流为多大?这些电荷量如果以0.5A的电流流过灯泡,可使灯泡照明多长时间?答案6×104A

600s探究三电流的微观表达式【情境导引】如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为l的导体,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为v,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。(1)AD导体中有多少个自由电荷?总电荷量是多少?(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少?(3)导体AD中的电流是多大?【知识归纳】对电流微观表达式和三种速率的理解(1)从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动平均速率、导体的横截面积。(2)电流的微观表达式:I=nevS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、e为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截面积。(3)三种速率的比较

自由电荷定向移动速率自由电荷定向移动形成电流,其中电荷定向移动的平均速率约为10-4m/s无规则热运动速率导体中的自由电子在不停地做无规则运动,由于沿各个方向无规则运动的机会相等,故不能形成电流。常温下自由电子热运动的速率约为105m/s电场传播速率(或电流传导速率)就是导体中建立电场的速率,等于光速,为3×108m/s。闭合开关的瞬间,电路中各处以光速建立恒定电场,电路中各处的自由电子几乎同时定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流【典例示范】例3(多选)有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时电子定向移动的平均速率为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为(

)答案AC解析t时间内,通过导线横截面的自由电子数,故选项C正确。又I=neSv代入上式得N=nvSt。故选项A正确。规律方法使用公式I=neSv进行计算时的注意事项(1)各个物理量都要用国际单位制单位。(2)正确理解各符号的意义,特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由电荷定向移动的平均速率。(3)若已知单位长度的自由电荷数为n,则电流的微观表达式为I=nev。变式训练3有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过横截面的电荷量乙是甲的2倍,以下说法正确的是(

)A.甲、乙两导体的电流相同B.乙导体的电流是甲导体的2倍C.乙导体中自由电荷定向移动的平均速度是甲导体的2倍D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速度大小相等答案B解析由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙导体的电流是甲的2倍,故选项A错误,而选项B正确。由于I=neSv,得由于不知道甲、乙两导体的性质(n不知道),所以无法判断v,故正确选项为B。

随堂训练1.如图所示,通有恒定电流的某段导体,在2s内有10C的负电荷向右通过横截面A,则导体内电流的大小和方向分别是(

)A.8×10-19A,向右 B.8×10-19A,向左C.5A,向左

D.5A,向右答案C解析根据电流的定义式

得电流的大小为I==5A,电流方向规定为正电荷定向移动的方向,与